سیستم مواد مجتمع فوتونی (PIC)

سیستم مواد مجتمع فوتونی (PIC)

Photonics Silicon یک رشته است که از ساختارهای مسطح مبتنی بر مواد سیلیکون برای هدایت نور برای دستیابی به انواع مختلف استفاده می کند. ما در اینجا بر کاربرد فوتونیک سیلیکون در ایجاد فرستنده و گیرنده برای ارتباطات فیبر نوری تمرکز می کنیم. به عنوان نیاز به افزودن انتقال بیشتر در پهنای باند معین ، یک ردپای معین و هزینه معین افزایش می یابد ، فوتونیک سیلیکون از نظر اقتصادی سالم تر می شود. برای قسمت نوری ،فناوری ادغام فوتونیباید مورد استفاده قرار گیرد ، و امروزه بیشتر فرستنده های منسجم با استفاده از تعدیل کننده های جداگانه LINBO3/ PLANAR WAVE WAVE (PLC) و گیرنده های INP/ PLC ساخته می شوند.

شکل 1: سیستم های مواد متداول فوتونی (PIC) را که معمولاً استفاده می شود ، نشان می دهد.

شکل 1 محبوب ترین سیستم های مواد عکس را نشان می دهد. از چپ به راست PIC مبتنی بر سیلیکون PIC (همچنین به عنوان PLC نیز شناخته می شود) ، عایق مبتنی بر سیلیکون (فوتونیک سیلیکون) ، لیتیوم نیوبات (Linbo3) و گروه III-V ، مانند INP و GAAS. این مقاله به فوتونیک های مبتنی بر سیلیکون می پردازد. درعکسبرداری، سیگنال نور عمدتاً در سیلیکون حرکت می کند ، که دارای شکاف باند غیرمستقیم 1.12 ولت الکترون (با طول موج 1.1 میکرون) است. سیلیکون به شکل کریستال های خالص در کوره ها رشد می کند و سپس به ویفرها بریده می شود که امروزه به طور معمول 300 میلی متر قطر است. سطح ویفر برای تشکیل یک لایه سیلیس اکسیده می شود. یکی از ویفرها با اتم های هیدروژن تا عمق مشخص بمباران می شود. سپس این دو ویفر در خلاء ذوب می شوند و لایه های اکسید آنها به یکدیگر پیوند می خورند. مونتاژ در امتداد خط کاشت یون هیدروژن می شکند. لایه سیلیکون در شکاف سپس جلا داده می شود و در نهایت یک لایه نازک از کریستالی Si را در بالای ویفر "دسته" سیلیکون دست نخورده در بالای لایه سیلیس باقی می گذارد. موجبرها از این لایه کریستالی نازک تشکیل می شوند. در حالی که این ویفرهای عایق مبتنی بر سیلیکون (SOI) موجب می شوند که موجبرهای فوتونیک سیلیکون کم از دست رفته امکان پذیر باشد ، در واقع بیشتر در مدارهای CMOS کم مصرف به دلیل جریان کم نشت موجود در آنها استفاده می شود.

بسیاری از اشکال ممکن از موج های نوری مبتنی بر سیلیکون وجود دارد ، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است. آنها از موجبرهای سیلیس میکروسکوپی دوپ شده تا موج های سیم سیلیکون نانو هستند. با مخلوط کردن ژرمنیوم ، می توان ساختدستگاه های نوریو جذب الکتریکیتعدیل کننده ها، و احتمالاً تقویت کننده های نوری. با دوپینگ سیلیکون ،تعدیل کننده نوریمی توان ساخته شد قسمت پایین از چپ به راست عبارتند از: موجبر سیم سیلیکون ، موجبر نیترید سیلیکون ، موجبر سیلیسون اگزینیترید ، موجبر ضخیم سیلیکون خطاب ، موجبر نیترید سیلیکون نازک و موجبر سیلیکون دوپ. در بالا ، از چپ به راست ، تعدیل کننده های تخلیه ، عکس های ژرمانیوم و ژرمانیوم هستندتقویت کننده های نوری.

شکل 2: مقطع یک سری موجبر نوری مبتنی بر سیلیکون ، که نشان دهنده تلفات انتشار معمولی و شاخص های انکسار است.